对于蛋白质变性实验的思考

对于蛋白质变性实验的思考

【摘要】在重金属盐使蛋白质发生变性的实验中，醋酸铅、硫酸铜常被推荐用作沉淀剂，但普遍实验现象证明此沉淀并非不可逆，因而导致理论与实验结果的矛盾，且蛋白质沉淀可以重新溶解在许多试剂中。本文对重金属沉淀蛋白质的现象从机理上进行了分析和解释。

【关键词】蛋白质沉淀；重金属盐；探究实验

在讲到蛋白质性质这一节内容时，学生在进行重金属盐溶液使蛋白质变性的实验时，发现当加入过量的重金属盐溶液时出现了与课本描述不符的实验现象，为了增加对比性，重金属盐溶液准备了醋酸铅溶液，硫酸铜溶液两种。课本上要求加入少量硫酸铜溶液，同时课本上提供的资料也表示当人们误食重金属盐类时，可以喝大量牛奶、蛋清或豆浆解毒。似乎表现出一点：大量蛋白质遇到少量重金属盐可发生变性。学生在进行实验时发现当滴加少量重金属盐溶液时会看到有不溶于水的沉淀物产生，当滴加过量重金属盐溶液时沉淀会消失。课后就产生了几个疑问：蛋白质变性后就真的不能再溶解了吗？如果沉淀消失了是不是蛋白质又有活性了？如果沉淀能消失那需要什么条件？是否是所有的重金属盐溶液都有这样的性质？于是就按照课本的演示实验准备了药品，进行探究实验。表一：实验ⅰ，在小烧杯中加入十毫升鸡蛋白溶液，再滴入10滴醋酸铅溶液，有大量白色不溶物生成，充分振荡，做以下对比实验，每支试管先取10滴上述混合液体。

编号另加试剂（均为10滴）实验现象

1 蒸馏水无明显现象

2 醋酸铅沉淀明显减少

3 氯化钠沉淀消失

4 硫酸铵无明显现象

5 稀盐酸无明显现象

6 氯化铜沉淀消失

7 醋酸钠沉淀明显减少

8 氯化铁沉淀消失

9 硫酸铜沉淀消失

10 氯化钡沉淀消失

表二：实验ⅱ，取十毫升鸡蛋白溶液，再加10滴硫酸铜溶液，有大量白色不溶物产生，略显蓝色（溶液为蓝色），充分振荡。做以下对比实验，每次均先取10滴上述混合液。

编号另加试剂（均为10滴）实验现象

1 硫酸铜沉淀消失

2 醋酸铅沉淀消失

3 氯化钠无明显现象

4 醋酸钠沉淀消失

5 先加醋酸钠后加热沉淀先消失，加热后出现白色不溶物

6 硫酸钠无明显现象

7 氯化铁沉淀消失

8 氯化铜沉淀消失

9 先加氯化铜后加热沉淀消失，加热后又出现不溶物

10 稀盐酸加少量时沉淀消失，稍多一些沉淀又产生

对比实验现象，回顾高中教材，教材上对于变性的解释及相关性质描述如下：在某些物理因素或化学因素的影响下，蛋白质的理化性质和生理功能发生改变的现象，称为蛋白质的变性。……实验4-3的现象说明，蛋白质的变性是一个不可逆过程，变性后的蛋白质在水中不能重新溶解，同时也会失去原有的生理活性。在上述实验中，加入蒸馏水没有使不溶物消失，但是不管是醋酸铅还是硫酸铜使蛋白质变性后的不溶物都可再次溶解在许多试剂中，而且溶解后的溶液受热又可产生白色不溶物。

查阅资料，在《高中化学实验教学》上的解释为“重金属盐沉淀蛋白质是不可逆的，然而由于某些沉淀被吸附在沉淀粒子上的离子所胶解，结果能溶在过量的沉淀剂中，故实验中不可加入过多的硫酸铜溶液、醋酸铅溶液”。cu2+、pb2+、fe3+等离子对沉淀（变性蛋白质）的胶解作用，一种极为普遍的解释是：加入过量的沉淀剂离子被吸附在沉淀上而使沉淀胶解的结果。电荷较高的离子，具有比电荷较低的离子会有更大的胶解作用。对于变性蛋白质溶解在过量沉淀剂的胶解作用，对高中学生是较难（没有必要）理解的，所以在进行这个实验的时候，不宜用浓的硫酸铜溶液，更不能用饱和硫酸铜溶液。避免加入过量沉淀剂的最好的方法，莫过于在很稀的鸡蛋白的溶液中加入硫酸铜的稀溶液。探究至此，似乎更加明白了

一个道理：即使是最最传统的经典实验，我们也不可以轻信它的完美，有时多加一滴就会产生不同的现象和结果。

但是在所做的对比实验中发现某些不是沉淀剂的溶液也可使蛋

白质变性后的沉淀消失，这一点又如何解释呢？首先，天然蛋白质分子都具有复杂而有规律的结构，表现出一定的物理化学性质和生物活性。在外界物理、化学因素的作用下，蛋白质严格的空间结构受到破坏，而引起蛋白质理化性能和生物活性的改变，这种现象称为蛋白质的变性。变性后的蛋白质最显著的特点是溶解度降低，粘度增高，结晶性破坏，而其最重要的是丧失其生物活性。其次，在蛋白质发生改变时，蛋白质的一级结构（即肽链）并不发生断裂，而是蛋白质的二级结构和三级结构发生了改变或破坏。早在1931

年我国的生物学家吴宪就提出了关于蛋白质变性的学说，他认为天然蛋白质具有规则紧密的结构，这种结构是由次级键的作用而变得稳定的，引起蛋白质变性的因素破坏了这些次级键作用，蛋白质的结构就变得松散而无规则了。由此，因为蛋白质的一级结构未发生改变，在变性的初期，分子构象未被深度破坏，变性作用是可逆的。但是变性过度，不能恢复其原有结构，变性就是不可逆的了，比如在加热的条件下，蛋白质的变性就是不可逆的。重金属离子会使蛋白质变性而发生沉淀，在这里把蛋白质的“变性”和“沉淀”两个本身不绝对相关的事件关联了起来，很容易引起误解。教师错误地认为蛋白质沉淀是因为变性，甚至会因为“蛋白质变性可能是不可逆的”观点的引导，而推测沉淀也应该是“不可逆”的错误结论。

蛋白质变性的本质是构成其特定高级空间构象的次级键，如氢键、疏水键等被破坏，蛋白质分子从原来有序的高级功能结构状态变为无序的松散伸展状态，从而导致其生物活性的丧失和理化性质的改变。蛋白质变性强调的是其生物活性，如酶催化活性、运输能力、抗体免疫等功能的丧失。而蛋白质的沉淀，是指维持蛋白质胶体稳定存在的包括蛋白颗粒表面的水化膜和彼此相斥的电荷这两个因素的改变，所导致的蛋白质分子凝聚而析出的现象，蛋白质沉淀不代表一定发生了变性。

从这次实验探究的过程及结果来看，在平时的教学中需要我们多思考、多怀疑、多做实验、多查阅资料，在做实验的过程中要细致入微、认真观察、仔细研究，从而不断提高自身的教学水平，促使我们在教学中不断探索，深思熟虑，不断学习。

参考文献：

[1] 普通高中课程标准实验教科书。有机化学基础（选修5），人民教育出版社，2012：89-90。

[2] 陈光旭主编.有机化学（2），北京师范大学出版社，1990：350。

[3] 李学然、王文生、林永洲、林广亚主编.高中化学实验教学，中国计量出版社，2002：463-464

[4] 曾昭琼主编.有机化学实验.第2版，北京：高等教育出版社，1997：207

[5] 李成国 . 解读用重金属盐沉淀蛋白质遇到的几个问题 .